CN105702950A - 一种新能源汽车专用安全型锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

一种新能源汽车专用安全型锂离子电池，包括正极、负极、电解液体系和隔膜。所述正极负极及隔膜均为常用、已商品化的产品。所述电解液的制备方法及质量分数为：离子液体40～95份，添加剂10～50份，碳酸酯类溶剂15～60份，阻燃剂0～15份，锂盐浓度为0.1mol/L～1.8mol/L。所述添加剂为噻蒽及其衍生物中的至少一种。本发明锂离子电池克服了传统有机溶剂作为锂离子电池电解液时使用温度范围窄的缺点，既具有优异的防过充性能，又不影响电池的其它电化学性能，在高温使用时电化学性质稳定，阻燃性好，在新能源汽车领域有较大应用前景。

Description

一种新能源汽车专用安全型锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，具体是一种新能源汽车专用安全型锂离子电池，属于电化学领域。
发明背景
随着传统能源的日趋紧张以及环境的日趋恶化，全球各国都在大力发展新能源汽车。目前，世界各国发展新能源汽车的方向主要集中在混合动力汽车和纯电动汽车上，而电池是混合动力汽车和纯电动汽车的最主要核心动力部件。
锂离子电池自上世纪九十年代sony公司开发问世以来，在短短的十几年内，得到了非常迅速的发展。预计到2017年，将有18.71亿手机和2.93亿笔记本电脑的锂离子电池需求量，且由于先进的电子设备的发展，人们对于小型、轻质、便携的电子设备和装置的需求日益增加，因此，需要具有高能量密度且安全性能良好的电池为这种设备和装置提供能源。
随着锂离子电池市场的不断扩大，安全性问题是锂离子电池市场创新的重要前提。有机电解液作为锂离子电池内离子运动的载体，主要对于锂离子二次电池，其在高温加热、过度充放电、短路和大电流长时间工作的情况下放出大量的热量，这些热量成为易燃电解液的安全隐患，可能造成电池发生灾难性热击穿(热崩溃)、燃烧等问题，甚至引起电池发生爆破。而目前锂离子电池通常采用电解质锂盐LiPF6(六氟磷酸锂)与有机溶剂混合而成的电解液，应用这种电解液，可能会产生上述安全隐患，因此，目前迫切需要开发出一种可以增加自身的热稳定性，避免电池在过热条件下的燃烧和爆炸等问题，有效改善电池的安全性能，提高电池使用安全的电解液。
发明内容：
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种新能源汽车专用安全型锂离子电池。
上述新能源汽车专用安全型锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解液组成。
所述正极上的活性材料包括常用的、已经商品化的LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiMn2O4中的至少一种，所述负极上的活性材料为石墨，所述隔膜为微孔聚丙烯膜。
所述电解液由离子液体、添加剂、有机溶剂、阻燃剂和锂盐组成，具体包括：
离子液体40～95份，添加剂：10～50份，碳酸酯类溶剂15～60份，阻燃剂0～15份；所述电解液中锂盐的浓度为0.1mol/L～1.8mol/L；
优选为：离子液体60～75份，添加剂15～30份，碳酸酯类溶剂20～35份，磷酸酯类阻燃剂2～6份，所述电解液中锂盐的浓度为0.5mol/L～1.0mol/L；
添加剂为噻蒽及其衍生物，具体来说，为由式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)、式(VIII)所示的化合物中的至少一种：
(I)噻蒽(II)2,8-二甲基噻蒽
(III)1-羟基噻蒽(IV)2-羟基噻蒽
(V)2-乙基噻蒽(VI)1-甲基噻蒽
(VII)2-氯噻蒽(VIII)2-氯-7-甲基噻蒽
离子液体为EMI-BF4(1-乙基-3甲基咪唑-四氟磷酸盐)、EMI-BF6(1-乙基-3甲基咪唑-六氟磷酸盐)、EMI-TFSI(1-乙基-3甲基咪唑-二(三氟甲基磺酰)亚胺盐)、PP13-TFSI(N-甲基-N-丙基哌啶三氟甲基磺酰亚胺)中的至少一种。
锂盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiODFB、LiAlO4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiCoO2、LiTFSI中的至少一种。
电解液阻燃剂为甲基膦酸二甲酯、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、六甲氧基磷腈中的至少一种。
碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。
本发明的有益效果为：采用离子液体、添加剂、有机溶剂、阻燃剂和锂盐组成的电解液，克服了传统有机溶剂作为锂离子电池电解液时使用温度范围窄的缺点，既具有优异的防过充性能，又不影响电池的其它电化学性能，在高温使用时电化学性质稳定，阻燃性好，在新能源汽车方面有较大的应用前景。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
一种新能源汽车专用动力型锂离子电池电解液，其原料组成及质量份数为：离子液体(EMI-BF4:PP13-TFSI＝1:1)46份，添加剂(2,8-二甲基噻蒽)18份，阻燃剂(甲基膦酸二甲酯)8份，碳酸二甲酯22份，电解液中锂盐为LiBOB，其浓度为0.5mol/L；
实施例2：
一种新能源汽车专用动力型锂离子电池电解液，其原料组成及质量份数为：离子液体(EMI-BF4:PP13-TFSI＝2:1)75份，添加剂(2,8-二甲基噻蒽)45份，阻燃剂(甲基膦酸二甲酯)15份，碳酸二甲酯22份，电解液中锂盐为LiBOB，其浓度为0.5mol/L；
实施例3：
一种新能源汽车专用动力型锂离子电池电解液，其原料组成及质量份数为：离子液体(EMI-BF4)40份，添加剂(2,8-二甲基噻蒽)10份，阻燃剂(甲基膦酸二甲酯)2份，碳酸二甲酯15份，电解液中锂盐为LiBOB，其浓度为0.5mol/L；
实施例4：
一种锂离子电池电解液，其原料组成及质量份数为：离子液体(EMI-TFSI:EMI-BF6＝1:1)90份，添加剂(2-羟基噻蒽)45份，阻燃剂(磷酸三甲酯)15份，碳酸二乙酯55份，电解液中锂盐为LiPF6，其浓度为1.5mol/L；
实施例5：
一种锂离子电池电解液，其原料组成及质量份数为：离子液体(PP13-TFSI:EMI-BF6＝2:1)60份，添加剂(2-羟基噻蒽)15份，阻燃剂(磷酸三甲酯)4份，碳酸二乙酯25份，电解液中锂盐为LiPF6，其浓度为0.8mol/L；
实施例6：
一种锂离子电池电解液，其原料组成及质量份数为：离子液体(PP13-TFSI)60份，添加剂(2-羟基噻蒽)15份，阻燃剂(磷酸三甲酯)4份，碳酸二乙酯25份，电解液中锂盐为LiBF4，其浓度为1.0mol/L；
测试例：
测试对象：使用上述实施例1～6制备的电解液，采用磷酸铁锂作为正极材料，石墨为负极材料，微孔聚丙烯膜为隔膜按照普通工艺组装，制备电池的方法为本领域技术人员的公知常识。性能评价方法如下：
过充测试：
电池3C10V测试方法按GB18287标准进行。
高温存储性能测试：
将电池在满电状态于80℃下存储4h，考察存储后电池的容量保持、恢复率，内阻和厚度变化率。
循环性能测试：
1)在室温条件下，以0.5C充0.5C放进行循环，考察500次循环后电池的容量保持率；
2)在60℃温度下，以0.5C充0.5C放进行循环，考察300次循环后电池的容量保持率。
可燃性测试
性能评测结果如表1、表2和表3所示。从表1和表2数据可知，本发明的锂离子电池既解决了电池的过充性能，又几乎不影响电池的综合电化学性能。从表3数据本发明涉及的锂离子电池电解液的可燃性试验数据，可以看出锂离子电池电解液具有不可燃的优点，充分说明这种具有添加剂型的离子液体基锂离子电池电解液具有高的安全性。
表1
表2
表3
点燃时间/s 可燃性
实施例1 20 不燃
实施例2 20 不燃
实施例3 20 不燃
实施例4 20 不燃
实施例5 20 不燃
实施例6 20 不燃
尽管上述对本发明做了详细说明，但不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新能源汽车专用安全型锂离子电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，其特征在于，所述正极上的活性材料包括LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiMn2O4中的至少一种，所述负极上的活性材料为石墨，所述隔膜为微孔聚丙烯膜。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车专用安全型锂离子电池，其特征在于，所述电解液按质量份计包括如下组分：离子液体40～95份，添加剂10～50份，碳酸酯类溶剂15～60份，阻燃剂0～15份；所述电解液中锂盐的浓度为0.1mol/L～1.8mol/L。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车专用安全型锂离子电池，其特征在于，所述电解液中组分的质量份数优选为：离子液体46份，添加剂18份，碳酸酯类溶剂22份，磷酸酯类阻燃剂8份，所述电解液中锂盐的浓度优选为0.5mol/L～1.0mol/L。
4.根据权利要求2所述的新能源汽车专用安全型锂离子电池，其特征在于，所述添加剂为噻蒽或其衍生物，具体来说，为由下式所示的化合物中的至少一种：
(I)噻蒽(II)2,8-二甲基噻蒽
(III)1-羟基噻蒽(IV)2-羟基噻蒽
(V)2-乙基噻蒽(VI)1-甲基噻蒽
(VII)2-氯噻蒽(VIII)2-氯-7-甲基噻蒽。
5.根据权利要求2所述的新能源汽车专用安全型锂离子电池，其特征在于，所述离子液体为EMI-BF4(1-乙基-3甲基咪唑-四氟磷酸盐)、EMI-BF6(1-乙基-3甲基咪唑-六氟磷酸盐)、EMI-TFSI(1-乙基-3甲基咪唑-二(三氟甲基磺酰)亚胺盐)、PP13-TFSI(N-甲基-N-丙基哌啶三氟甲基磺酰亚胺)、或其中的两种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求2所述的新能源汽车专用安全型锂离子电池，其特征在于，所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiODFB、LiAlO4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiCoO2、LiTFSI中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的新能源汽车专用安全型锂离子电池，其特征在于，所述电解液阻燃剂为甲基膦酸二甲酯、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、六甲氧基磷腈中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的新能源汽车专用安全型锂离子电池，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。
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